chancerne er gode, at hvis du har gjort nogen 3D-print, det var af den standard smeltet deposition modellering sort. FDM er temmelig simpel ting – få lidt af plast glødetråd varm nok, presse det smeltede goo ud af en fin dyse, styre positionen af dysen mere eller mindre præcist i tre dimensioner, og gentag i timevis, indtil din udskrift er færdig . Til den udenforstående ligner det magi, men for os er det bare en anden lørdag eftermiddag.

Resin udskrivning er noget helt andet, og meget tættere på magi for de fleste af os. Den aktuelle afgrøde af stereolitografiske printere bare have en høj opløsning LCD-skærm mellem en UV lyskilde og et build tank med en gennemsigtig bund. prints er opbygget lag for lag ved at blinke UV lysmønstre i tanken som en byggepladen langsomt løfter den op fra harpiksen, ligesom nogle skabning kommer ud fra den oprindelige goo.

Selvfølgelig er det hele bare videnskab, men hvis der er nogen magi i SLA trykning, helt sikkert er det i de harpikser, der anvendes til det. Deres nondescript brune plastflasker og informations-fattige etiketter giver lidt fingerpeg om deres ingredienser, selv om deres kulbrinte dunst og tyktflydende, klæbrig konsistens er temmelig gode spor. Lad os tage et kig ind i harpiks flaske og finde ud af, hvad det er, der gør det magiske af SLA ske.

Det grundlæggende

Et godt grundlag for at forstå de kemiske processer bag stereolitografiske harpikser er polymerisationen af methylmethacrylat (MMA) i polymethylmethacrylat, også kendt som PMMA eller blot akryl. Mens formuleringer for SLA harpiks varierer, mange af dem er baseret på acrylater, så kemien her er umiddelbart til en masse harpiks, som er de overordnede principper.

Polymerisationen af methylmethacrylat er hvad der er kendt som en fri radikal-reaktion. Det virker, fordi MMA har en dobbeltbinding mellem to af dets carbonatomer, samt en nærliggende estergruppe – gruppen med to oxygenatomer, en af dem i en dobbeltbinding. Den elektroniske struktur af disse to grupper gør dobbeltbundet carbon modtagelig for reduktion, som er forstærkningen af en elektron.

Free-radikal polymerisation af MMA i PMMA. Ringstrukturen er initiatoren, hvilket reducerer carbon-carbon-dobbeltbindingen i MMA monomer. Det skaber en anden fri radikal, hvilket reducerer en anden MMA, og så videre.
Under normale omstændigheder, behøver MMA monomerer ikke reagerer med hinanden, fordi der ikke er nogen frie elektroner flyder rundt for at reducere carbon-carbon-dobbeltbinding. For at få MMA at polymerisere, initiativtager – i dette tilfælde, benzoylperoxid – til behov føjes til mix. En initiator er en kemisk forbindelse, der tilvejebringer uparrede elektroner, eller frie radikaler. når grupper er til stede, de binder til carbonatomet ved at reducere dobbeltbindingen. Produktet af denne første reaktion vil have sin egen uparret elektron, som derefter kan gå på og reducere dobbeltbindingen i en anden MMA monomer, og så videre. Fremstillingen af en fri radikal produkt efter initiering er nøglen til fri radikal-polymerisation.

Så det er indlysende, at en flaske SLA harpiks vil indeholde monomerer af MMA og igangsætter af en slags. men hvad holder de monomerer fra blot polymerisering i flasken? Hvis initiativtageren var noget som benzoylperoxid til anvendelse i eksemplet ovenfor, det er præcis, hvad der ville ske. Så for at være nyttige for SLA arbejde, harpiks mix skal indeholde en igangsætter, der kan forblive inaktivt i blandingen, indtil det er nødvendigt.

Kicking tingene Off

Det er her, fotoinitiatorer komme i spil. Hvor en initiator som benzoylperoxid vil let nedbrydes til frie radikaler med anvendelse af en lidt varme, fotoinitiatorer brug for lidt mere coaxing. hundredvis af forskellige fotoinitiatorer er blevet udviklet af kemiske virksomheder i årenes løb, hver er skræddersyet til den specifikke sæt af monomerer, der skal polymeriseres, samt til industrielle behov, såsom effektiviteten af dannelse af frie radikaler, toksicitet, og selv lugte bibringes på det færdige produkt. men de deler alle det fælles træk for at være inaktive, indtil de udsættes for lys af den korrekte bølgelængde.

Et godt eksempel på en fotoinitiator er 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenon nådigt forkortet til DMPA og solgt under handelsnavnet IRGACURE 651 af Ciba. Forbindelsen har to benzenringe forbundet med en to-carbonkæde. et af carbonatomerne i linker sektion er dobbeltstrenget bundet til oxygen, der danner en keton funktionel gruppe. Når fotoner med den rigtige bølgelængde – DMPA har absorptionstoppe er 250 nm og 340 nm – ramt ketongruppen, den bliver exciteret til det punkt, hvor en elektron stødes af. gennem en række mellemliggende trin, hvor ekstra elektron bliver blandet rundt til forskellige atomer linkeren sektion af molekylet pauser i en proces kaldet α-spaltning. This efterlader en stabil arter – methylbenzoat – plus to frie radikaler, der kan initiere polymerisation.

DMPA (venstre) nedbrydes til methylbenzoat og to frie radikaler (højre) gennem mellemliggende trin, når de udsættesfor UV-lys. Kilde: fra Squidonius, offentlige rum, via Wikimedia Commons
Trykker de Bremser

Mekanismen af fotopolymerisation rejser et spørgsmål: hvordan det ultraviolette lys i en SLA printeren ikke bare polymerisere hele tank af harpiks på én gang? Det ser ud til at ville være et problem, eftersom polymerisationen er dybest set en kædereaktion efter igangsætning. men der er praktiske grænser for reaktionen, for både kemiske og fysiske årsager.

Kemisk, mængden af initiativtager i harpiksen er typisk temmelig lav – bare nogle få procent af blandingen. Så der er ikke mange steder at starte polymeriseringsreaktionen. Polymeriseringsreaktioner også en tendens til at undergå kædeterminering spontant, enten ved at have to voksende radikale kæder er bundet sammen, eller ved reduktion af en radikal kæde af kontaminanter såsom oxygen. Nogle harpikser selv har specifikke inhibitorforbindelser tilsat til begrænsning af hastigheden af polymerisering. Uanset hvad, spontan opsigelse holder tankene bliver en mursten af plast.

Der er også fysiske årsager til fotopolymerisation ikke kører vilde gennem build tanken. UV lys, der kommer fra LCD-displayet i bunden af tanken er ikke særlig stærk, og har tendens til at få absorberet af harpiksen, før de rejser meget langt. Dette er grunden til SLA harpiks tendens til ikke at være stærkt pigmenterede, og hvorfor eventuelle pigmenter, der føjes til harpiksen skal nøje udvalgt til ikke at absorbere UV-lys. Det er også derfor, SLA prints brug for en ekstra rengøring og helbredelse skridt efter trykning; polymerisationen, der forekommer i tanken er ufuldstændig, med uomsat harpiks tilbage inden i print. Badning udskriften i høj intensitet UV lys fuldender processen og hærder udskriften.

Fylde på Soy

Mellem initiativtagere, monomerer, pigmenter og eventuelt hæmmere, SLA resiner allerede synes som en heksens bryg af kemikalier. men vi er ikke færdig endnu. Harpikser sjældent bare bruge monomerer, i stedet ved hjælp af en særlig blanding af monomerer og oligomerer – korte kæder af præ-polymeriserede monomerer. tilsætning oligomerer i harpiksen tendens til at fremskynde polymerisationen ved at give de voksende kæder et forspring. Det har også tendens til at forøge viskositeten af harpiksen, således at det ikke er løbende og ikke skvulpe rundt i build tank og få bobler.

En anden almindelig tilføjelse til SLA harpikser er en tværbinder. Tværbindere er forbindelser, der kan danne forbindelser mellem to eller flere voksende polymerkæder. Tværbinding tendens til at gøre polymerkæden til mere af en matrixstruktur, udlån styrke og stivhed til slutproduktet. Tværbinding kan også ændre egenskaberne af materialet, og selv tillader copolymerisation af forskellige typer monomerer, ligesom tilsætning urethan til acrylater at tilføje sejhed og fleksibilitet.

Nogle SLA harpikser indeholder også fyldstofmaterialer. Fyldstoffer er temmelig almindelige i plast – en masse tidsplan 40 PVC rør indeholder pulveriseret kalksten, f.eks. I SLA harpikser, er fyldstoffer tilsættes til bulk op plasten ved at udfylde mellemrummene mellem de tværbundne tråde af polymerer. En masse nye ”øko-venlige” SLA harpiks kommer til hævder at være fremstillet af sojabønner, og mens det er sandt – i det mindste for nogle harpiks – der er stadig en masse materiale i harpiksen, der er tydeligvis ikke fra sojabønner. og sojaolie, der er derinde er egentlig bare et fyldstof – uden acrylatmonomererne og tværbindingsmidler opført eller fotoinitiatoren, ville harpiksen være temmelig ubrugelig.

Ligesom mor bruges til at gøre? Epoxysojaolie (ESBO) anvendes som en blødgører i mange plast. Det er lavet ved at behandle polyumættede sojabønner triglycerider med peroxid til omdannelse C = C-dobbeltbindinger til epoxider. Kilde: fra Ed, offentlige domæne via Wikimedia Commons
Ikke kun for udskrivning

Mens vi har koncentreret primært på SLA udskrivning harpiks her, det er langt fra den eneste ansøgning om fotopolymerer. Hvis du har haft en tand fyldt helst i de sidste tre årtier eller deromkring, chancerne er gode, at din tandlæge brugte en fotopolymer indeholder methacrylatmonomerer og helbredes med en fiberoptisk stav, der udsender UV-lys. printkort producenter gør omfattende brug af fotopolymerer, både i fotoresisten overtræk, der anvendes til at ætse brædderne, og i loddemaske, der er påført på pladen. Fotopolymerer bruges også til maskering under fotolitografiske processer involveret i fremstilling integrerede kredsløb.